生命科学技术选讲

生命科学纵横

生命科学技术选讲本章内容生物技术与人类健康仿生学内容：1.疫苗2.疾病诊断3.生物制药4.基因治疗（略）生物技术与人类健康1.疫苗百度百科：2010年3月山西疫苗事件/view/3371387.htm新浪：山西疫苗专题：/z/shanxiyimiao/

2010年3月20日多名家长要求山西省卫生厅彻查疫苗事件原因6网易：2010年4月初常州疫苗造假事件专题/special/000149MP/czyimiao.html江苏延申承认：4批次近18万份狂犬疫苗不合格

延申与福尔7批次人用狂犬疫苗有问题"问题疫苗"广东2.3万份已接种

江西8600份

地点：江苏常州

厂商：江苏延申生物科技股份有限公司

事件：被查实在狂犬疫苗生产过程中长期故意造假，导致

大量问题疫苗流向市场，受害者最少超过100万人。

危害：21万份狂犬疫苗均全被使用71796年英国医生Jenner从一挤奶女工感染的痘孢中，取出孢浆接种到一个8岁男孩的手臂上，然后让其接种天花脓孢液，结果该男孩并未染上天花，证明其对天花确实具有免疫力。由于这种方法安全可靠，得到广泛应用。我国早在宋真宗（998-1023年），就有关于人痘法预防天花的记载。后来种痘的方法经阿拉伯人传到欧洲并流传开来。疫苗(vaccine)最初因牛痘而得名，即用牛制备的疫苗。Jenner是牛痘的发明者，但他并不清楚为什么牛痘能够预防天花。8天花：在18世纪以前是一种致死率很高的烈性疾病，即使有人幸存下来，也经常会产生永久性的毁容、神志错乱和失明等后遗症。91980年世界卫生组织（WHO）宣布全球已经消灭了天花。目前天花病毒样本仅保存在两个地方：美国佐治亚州亚特兰大市美国国家疾病控制与预防中心和俄罗斯的VECTOR研究所。10疫苗之父-Pasteur1877年，法国，巴斯德：首次用降低了致病力的鸡霍乱弧菌制成活疫苗。给鸡接种这种减毒细菌后，可使鸡获得对霍乱的免疫力。这项研究说明：用人工的方法可以使细菌的毒力减弱或消失；一种细菌一旦失去了毒力，就有可能用于机体免疫，控制疾病的发生。从而发明了第一个细菌减毒活疫苗-鸡霍乱疫苗。虽然在他这前英国医生Jenner发明牛痘接种法，但有意识地培养制造成功免疫疫苗，并广泛应用于预防多种疾病，巴斯德堪称第一人。11疫苗(vaccine)?一切通过注射或黏膜途径接种，可以诱导机体产生针对特定致病原的特异性抗体或细胞免疫，从而使机体获得保护或消灭该致病原能力的生物制品统称为疫苗，包括蛋白质、多糖、核酸、活载体或感染因子等。典型的疫苗主要是灭活或减毒的致病物，即病原物在培养、纯化后，或者被灭活，或者降低毒性，但前提是不丧失引起免疫反应的能力。疫苗与一般药物的区别用于健康人群主要用于婴幼儿和儿童通过免疫机制使健康人预防疾病均为生物制品能彻底控制和消灭某一疾病，如天花用于患病人群因疾病分布不同而用于不同年龄段的患者主要用于治疗疾病或减轻病人的症状包括天然药物、化学合成药物、生物药品等人类可通过一般药物减轻病痛*疫苗的基本成分抗原：决定了疫苗的特异免疫原性，比如灭活病毒或细菌、通过多次传代得到的减毒株、病毒或菌体提纯物、有效蛋白成分、类毒素、细菌的荚膜多糖、合成多肽、核酸等等佐剂：能增强抗原的特异性免疫应答，无毒、安全，且在冷藏条件下保持稳定，常用的佐剂为铝佐剂和油制佐剂防腐剂：防止外来微生物的污染稳定剂：如冻干疫苗中常用的乳糖、明胶、山梨醇等灭活剂：灭活后需及时除去，以保证安全性其他活性成分：缓冲液、盐类等非活性成分*疫苗的分类细菌性疫苗现代方法（基因工程技术）研制的疫苗传统方法所用材料研制技术*病毒性疫苗类毒素亚单位疫苗减毒活疫苗灭活疫苗基因工程疫苗(第二代疫苗)DNA疫苗(第三代疫苗)第一代疫苗15细菌性疫苗减毒活菌疫苗用途：防止细菌性传染病的发生和流行包括：霍乱疫苗、伤寒疫苗、卡介苗、鼠疫疫苗、百日咳

疫苗、炭疽疫苗等死菌疫苗亚单位疫苗细菌性疫苗卡介苗卡介苗：是一种用来预防儿童结核病的预防接种疫苗。接种后可预防发生儿童结核病，如结核性脑膜炎。目前，世界上多数国家都已将卡介苗列为计划免疫必须接种的疫苗之一。接种的主要对象：新生婴幼儿。19世纪末，德国医生科赫（病原细菌学的奠基人和开拓者）发现了结核病的病原物为结核杆菌。20世纪初，最早由法国的细菌学家卡尔梅特(Calmette)和介朗(Guérin)试制成功，又称“卡介苗”。从患结核病的牛乳房中分离得到一株牛型结核分支杆菌，接种于甘油胆汁马铃薯培养基上，2-3周传代一次，经过230余代，历时13年，制备出减毒活疫苗。17

病毒性疫苗用病毒或立克次体制成目前以病毒培养制备的各种传统疫苗，如甲肝、麻疹、风疹、流行性腮腺炎疫苗等，仍是预防疾病的主力。减毒活疫苗灭活疫苗亚单位疫苗基因工程疫苗病毒性疫苗脊髓灰质炎可能会是第二个被消灭的传染病。由脊髓灰质炎病毒（一种RNA病毒）引起的。一共有3种脊髓灰质炎病毒的亚型。主要感染5岁以下的儿童，发病后，病人出现发烧、颈部僵硬、呕吐等症状。大约有1/200的病人最终肢体残疾，严重的会因为呼吸肌肉麻痹而死亡。没有治愈的方法，只能预防。多次接种脊髓灰质炎疫苗可为儿童提供终身保护。印度、尼日利亚、巴基斯坦、埃及、阿富汗、尼日尔和索马里等7个国家。2001年10月29日，中国在人民大会堂举行“中国消灭脊髓灰质炎总结表彰大会”，标志着我国已成功消灭了脊髓灰质炎。类毒素细菌代谢产生的外毒素经福尔马林和加温处理后，去除其毒性而仍保留免疫原性者称为类毒素。类毒素可用于细菌毒素性疾病的预防，包括白喉、破伤风、霍乱、肉毒、葡萄球菌感染等。使用最广的是白喉及破伤风类毒素。破伤风类毒素破伤风：常和创伤相关联的、感染破伤风杆菌的传染病。病原菌：破伤风杆菌，专性厌氧，革兰染色阳性。平时存在于人畜的肠道，随粪便排出体外，以芽胞状态分布于自然界，尤以土壤中为常见。此菌对环境有很强的抗力，能耐煮沸。破伤风类毒素：用产毒力强的破伤风梭菌，接种于适宜的培养基培养，产生的外毒素经甲醛溶液灭活脱毒、滤过除菌后，加钾明矾制成。21减毒活疫苗（第一代疫苗）通过不同的方法手段，使病原体的毒力即致病性减弱或丧失后获得的一种由完整的微生物组成的疫苗。减毒：能引发机体感染但不发生临床症状活：免疫原性又足以刺激机体的免疫系统产生针对该病原体的免疫反应第一个成功应用的减毒活疫苗：卡介苗，1909年开始，历时13年制成。减毒活疫苗可通过以下两种方式获得：但对于一些不能培养或难以培养的病原体和一些有潜在致癌性的病原体，就无法或很难用传统技术研制疫苗，只有基因工程技术可能解决疫苗的研发。从带菌者中间分离毒力弱的毒株通过人工培养，使微生物产生变异，从中获得毒力弱的毒株23灭活疫苗（第一代疫苗）主要由细菌体或病毒颗粒组成，疫苗中含有的菌体或病毒颗粒是“死”的，因此又称作死疫苗。通常经注射途径免疫，进入机体后可直接引起免疫应答，但然而需要多次接种，才能产生较牢固的免疫力。将免疫原性强的病原微生物或病毒，接种于动物、鸡胚、组织或细胞培养物中生长繁殖后，经灭活处理使之失去致病力，但仍保留免疫原性而制成的生物制剂。需多次接种，才能具较强的免疫原性灭活：不能生长繁殖，因此比较安全，稳定亚单位疫苗以化学裂解、重组或合成等方式制备病原体亚单位（如表面抗原）制成的。肽疫苗：将具有保护性免疫力的人工合成肽与适当载体结合后，再加入佐剂制成的疫苗。由于去除了病原体中与特异反应无关的活性物质甚至有害的成分，保留有效免疫原成分，故反应小，较安全，但需多次接种。如脑膜炎球菌多糖疫苗。项目活疫苗灭活疫苗亚单位疫苗抗原制备用减毒或无毒的全病原体用物化手段将病原杀死以化学方法获得病原体的某些具免疫原性的成分免疫机理接种后病原体在体内有一定生长繁殖能力，类似隐性感染，会产生细胞、体液和局部免疫病原体失去毒力单保持免疫原性，接种后产生特异性抗体接种后能刺激机体产生特异性免疫效果优缺点用量少，副作用小，只需接种一次，免疫效果持久；稳定性差，不易保存用量较大，副反应较大，需少量多次接种；稳定性好，较安全，易保存制品纯度较高，副反应小，需多次接种常用疫苗卡介苗、麻疹、鼠疫、脊髓灰质炎等伤寒、霍乱、百日咳、乙脑、脊髓灰质炎白喉、破伤风类毒素、乙肝表面抗原疫苗等三类疫苗的比较引自董德祥主编《疫苗技术基础与应用》，化学工业出版社。2002，P3。传统疫苗制备的基本过程1利用培养基或细胞进行菌体、毒株的大量培养2收集培养物、纯化3半成品检定4稀释、分装5成品检定*27传统疫苗生产方式的局限性在动物细胞中培养，操作成本极高培养的动物和人类病毒其生长速度和产量一般都很低，生产成本高需对操作人员采取保护措施，保证不被致病物质感染致病物质在生产过程中可能未完全杀死（灭活疫苗）和充分减毒（减毒疫苗），将导致疫苗中含有高毒性致病物质，使疾病在更大的范围内传播减毒菌株可能发生突变，因此需连续不断地对其进行毒性检测以保证该菌株不变成强致病性菌株绝大多数的现行疫苗有效期短，常需冷冻保存*导致基因工程疫苗的出现利用基因工程的方法，表达出病原物的一段基因序列，将表达产物（无毒性、无感染能力、但具较强的免疫原性）用作疫苗。现今使用的多数乙肝疫苗即为基因工程疫苗。

基因工程疫苗（第二代疫苗）最早是由受染动物组织进行疫苗的制备；在40-60年代，采用由受染组织培养细胞制备；70年代以来，逐步用基因工程技术生产。*重组抗原疫苗利用DNA重组技术制备的只含保护性抗原的纯化疫苗。优点：不含活的病原体和病毒核酸，安全有效，成本低廉。目前获准使用的有乙型肝炎疫苗（HBsAg）。转基因植物疫苗用转基因方法，将编码有效免疫原的基因导入可食用植物细胞的基因组中，免疫原即可在植物的可食用部分稳定的表达和积累，人类和动物通过摄食达到免疫接种的目的。常用的植物有蕃茄、马铃薯、香蕉等。DNA疫苗—第三代疫苗也称核酸疫苗、基因疫苗将含有编码保护性抗原蛋白的基因序列和表达所必需调控元件的质粒DNA直接导入动物组织，使抗原蛋白经过内源性表达并递呈给免疫系统，诱发机体产生特异性体液免疫和细胞免疫应答，形成对相应病原的免疫保护作用。用于免疫的质粒DNA称为DNA疫苗。*优点免疫效果好：产生的外源蛋白更像天然分子，递呈过程与自然感染十分相似免疫应答持久：外源基因可以在体内存在较长时间，并不断表达外源蛋白，能持续地给免疫系统提供刺激无杂质蛋白的干扰和毒性，方法简便不需要抗原提取和纯化，储存稳定，易于运输便于生产多价疫苗：一个载体上可构建表达多种抗原缺点其机制和安全性尚不完全清楚，一些问题有待解决。核酸疫苗的DNA也可能发生与宿主基因组DNA的整合，发生致畸作用或后代出现遗传病。332疾病诊断１、望、闻、问、切…——经验型判断的方法。２、化验/检验——细胞形态、数量；生化反应、酶活性；免疫学检验等。３、影像学——X线、B超、CT、核磁共振、内窥镜等。４、特殊检查——染色体检查、肌电/脑电/心电、骨密度、原子吸收光谱等。传统的诊断基因诊断用分子生物学技术对导致疾病的原因进行病原学和细胞遗传基因的检测分析,从而对相应疾病进行诊断，又称DNA分析法。传统的诊断：表现型→基因型基因诊断：基因型→表现型（逆向诊断）34基因诊断的内容检测DNA表达产物的变化：即RNA或蛋白质的水平的变化。如与常人相比，病毒感染时病毒基因及其转录产物在人体内的从无到有；某些肿瘤中癌基因表达水平的从低到高。检测DNA的序列变化：即基因突变。如点突变引起的氨基酸的变化等，如镰刀型贫血症。因此，从理论上说，所有涉及基因结构和功能变化的检测都属于基因诊断。35应用范围病原生物的侵入，如肝炎、艾滋病、细菌、寄生虫等先天遗传性疾患，如镰刀型贫血症、血友症、β－地中海贫血症后天基因突变引起的疾病，如肿瘤其它，如亲子鉴定、个体识别、法医物证β-地中海贫血症：是由于珠蛋白链合成不平衡造成的。在1987年以前，几乎所有的β－地中海贫血症的产前诊断都是通过检测在β－珠蛋白簇中连锁DNA的多态间接完成的，一般需要2-4周。1987年10月以后，用PCR法扩增β－珠蛋白基因区后，直接检测致病突变即可完成β－地中海贫血症的产前诊断。这个方法既增加了准确性，又缩短了时间，一般只需一周时间。已进行基因诊断的遗传病血红蛋白病：镰刀状贫血症（珠蛋白基因第六个密码子中A→T，使谷氨酸→缬氨酸）、地中海贫血（珠蛋白基因缺失→mRNA含量减少→珠蛋白α（β）链合成不平衡）杜氏肌营养不良（性连锁隐性遗传病）：抗肌萎缩蛋白基因突变苯丙酮尿症（phenylketonuria，PKU，常染色体隐性遗传氨基酸代谢病）：苯丙氨酸羟化酶基因突变→丙氨酸羟化酶缺乏脆性Ｘ综合症检测肿瘤相关基因（癌基因、抑癌基因）、肿瘤染色体易位及融合基因、肿瘤标志物或mRNA等……镰刀型贫血症由于血红蛋白的b链上第六个氨基酸Val（缬氨酸）突变成Glu（谷氨酸）而引起的。而这个氨基酸的变化又是血红蛋白基因上一个核苷酸发生突变所致。突变了的血红蛋白无法携带足够的氧，患者严重贫血，心脏、肺、脑、关节或其它一些主要内脏器官逐步损坏。纯合患者寿命很短，而杂合患者只在极端条件下，如高纬度或高温时，氧的供应受到影响时会发病。可采用Southern杂交的方法进行检测，对基因组进行酶切所采用的酶是Mst1。基因诊断的常用方法直接诊断——直接检测致病基因的突变检测对象：基因突变类型——缺失、点突变、重复、插入等检测方法：分子杂交、PCR、生物芯片等间接诊断——应用DNA多态性为遗传标记进行连锁分析，确定待测者是否得到带有致病的染色体，从而间接地作出诊断检测方法：采用DNA多态性进行分析。常用的三种标记RFLP、VNTR、SNP393生物制药生物药物泛指包括生物制品在内的生物体的初级和次级产物或生物体的某一组成成分，甚至整个生物体用作诊断和治疗疾病的医药品。以天然的生物材料为主，包括人体、动物、植物、微生物和各种海洋生物等。生物药物主要是运用生化方法从生物体中分离、纯化得到一些生物活性物质。

例如：维生素、酶、核酸、激素等；另外还有一些以微生物、生物组织、人或动物的血液等原料采用物理方法和生化工艺制得的生物活性制剂、血液制品、抗血清、抗毒素等。人体来源药物血液成分制品胎盘：人胎盘丙种球蛋白、人胎盘白蛋白、人胎盘RNA酶抑制剂、绒膜促性激素等尿液制品：尿激酶、尿抑胃素、蛋白酶抑制剂、集落刺激因子、绒膜促性激素KarlLandsteiner（1868-1943）：发现人的血型生物制药分类基因工程制药指利用基因工程技术研制和生产的药物，包括重组蛋白多肽药物、反义核酸药物、DNA药物和基因工程抗体等。以基因工程药物为中心的医药生物技术是生物技术领域最活跃、发展最迅速的部分。1976年，Genentech公司在美成立。这是世界上第一家应用DNA重组技术研制新药的公司。1982年美国和英国批准生产和使用第一个基因工程药物重组人胰岛素。细胞工程制药动物细胞制药：疫苗、各种淋巴因子（如干扰素、白细胞介素）、单抗、红细胞生成素（EPO）、肿瘤坏死因子、过氧化物歧化酶等植物细胞制药：紫草宁、人参皂苷、紫杉醇、人参二醇、强心苷等抗体的产生途径至少有三条：抗体制药1.经典途径——通过免疫动物产生多克隆抗体2.细胞工程途径——用杂交瘤技术生产单抗3.基因工程途径——用基因工程的方法表达和改造抗体（嵌合抗体、人源化单抗、单链抗体）单抗嵌合抗体、人源化单抗、单链抗体等免疫毒素（与毒素耦联的单抗）嵌合抗体：单抗的可变区来源于小鼠，恒定区来自于人。人源化单抗：只与抗原接触的互补决定区CDR为小鼠来源，其他的抗体骨架为人体来源。单链抗体：用基因工程方法将VH和VL通过一段连接肽连接而成的重组蛋白，保持了亲本抗体的抗原亲和活性和特异性的最小功能性抗体片段。人当人体接触异源蛋白时，体内会产生对它有中和作用的抗体，即抗抗体。所以从异源动物获得的抗体就不再起抗病作用。而人体对人源化单克隆抗体没有排斥作用。鼠源抗体嵌合抗体人源化抗体人抗体人源化单克隆抗体酶工程制药疾病的诊断：1.根据体内原有酶的活性的变化来诊断疾病。酶工程制药疾病的诊断：2.利用酶来测定体内某些物质的含量从而诊断疾病。

例如：葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的联合作用--检测葡萄糖的含量--糖尿病（可固定化后制成酶试纸或酶电极，十分方便地用于临床检测）。手掌型葡萄糖(glucose)分析仪酶工程制药疾病的治疗：蛋白酶：蛋白酶可作为消化剂，用于治疗消化不良和食

欲不振。作为消炎剂，治疗各种炎症有很好的

疗效。

溶菌酶：抗菌、消炎、镇痛，治疗手术性出血、外伤性

浮肿等。SOD：抗辐射，清除氧自由基，治疗红斑狼疮、结肠

炎及氧中毒等。

尿激酶：溶血栓，溶解血纤维蛋白，溶解血块，治疗脑

血栓等。药物的生产:

酪氨酸酶可催化L-酪氨酸或邻苯二酚生成多巴（治疗帕

金森病的重要药物）。生物技术制药的特点投资大：国际上一个新药的研制一般需2-3亿美元以上。回报率高：一个新药回报可在10倍以上，一般上市2-3年就可收回投资。风险大：从刚开始有价值的理论研究，到转化为可生产的产品只有10％左右能成功。周期长：从投入研制，到获得技术开发成功，最少需6-7年时间，再到临床运用、广泛推广还需2-3年时间。低污染：生物药品的生产制造一般在常温常压下进行，能源、原材料的消耗量极少，对周围环境几乎不产生污染。三高：高投资、高回报、高风险生物技术制药产业现状国际生物技术药品市场发展迅猛。市场占有率仍以EPO为最大，占全球整个生物技术市场28%；其次为胰岛素占18%；干扰素及集落刺激因子各占15%，人生长激素占11%；纤维蛋白溶酸原活化剂占4%，其它药品类占9%。国际上：美国技术领先，从1982年第一个基因组药物(人胰岛素)诞生以来，至今已经上市了100多种基因药物。我国：始于70年代，90年代后才进入发展期。创新性不强。低水平重复研究、重复建设严重，市场竞争非常激烈。科研和产业脱节现象仍较为严重；缺少有科学头脑的企业家和有技术开发能力的企业将研究成果转变为生产，大大阻碍了产业化发展。

据国际货币组织（IMS）公布的统计数字，2009年全球医药市场总销售额为8150亿美元，其中生物技术药品和生化药品的销售额合计为1300亿美元。2009年畅销国际医药市场的三大类生物技术药物为：单抗类药品（400亿美元）、疫苗类药品（380亿美元）、TNF（肿瘤坏死因子抑制剂类）220亿美元。在10个世界畅销药中，生物技术药品占据“半壁江山”，数量为5个。而在2009年世界畅销药排名榜前20位药品中，生物技术药品则占到8席。

/news/news/show.php?id=7707453——开启新技术的钥匙仿生学目录前言信息仿生控制仿生拟态仿生力学仿生化学仿生整体仿生前言一、仿生学简介二、仿生学研究中国古汉文中的仿生思想前言一、仿生学简介

仿生学之起源凤蓬草

轮子鱼尾

船橹人眼晶状体

透镜生物电

电池鸟

飞机生活中的仿生学前言仿生学（Bionics）

模仿生物系统的原理以建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学。仿生学的概念前言二.仿生学研究仿生学是一门建立在多学科边缘上的综合性学科，包括生理学、神经学、医学、化学、数学、电子学、信息学等学科。前言生物体生物模型数学模型技术模型技术装置仿生学的研究方法前言一、青蛙与电子蛙眼二、水母与电子耳信息仿生青蛙与电子蛙眼视顶盖上有4层神经细胞：第一层对运动目标的反差起反应；第二层能把目标的凸边抽取出来；第三层只看见目标的四周边缘；第四层则只管目标暗前缘的明暗变化。这四层特征就好像在四张透明纸上的画图，叠在一起，就是一个完整的图像。因此，在迅速飞动的各种形状的小动物里，青蛙可立即识别出它最喜欢吃的苍蝇和飞蛾，而对其他飞动着的东西和静止不动景物都毫无反应。

信息仿生青蛙与电子蛙眼由透镜（晶状体）在视网膜上形成光学图像后，经过视细胞、双极细胞、输出细胞（神经节细胞）而送往大脑中枢。青蛙的视觉系统信息仿生“水母耳”风暴预测仪水母耳与电子耳信息仿生仿生学家发现，水母的耳朵的共振腔里长着一个细柄，柄上有个小球，球内有块小小的听石，当风暴前的次声波冲击水母耳中的听石时，听石就剌激球壁上的神经感受器，于是水母就听到了正在来临的风暴的隆隆声。仿生学家仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。把这种仪器安装在舰船的前甲板上，当接受到风暴的次声波时，可令旋转360°的喇叭自行停止旋转,它所指的方向，就是风暴前进的方向；指示器上的读数即可告知风暴的强度。这种预测仪能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。

一、蛇的红外探测二、蝙蝠与超声波三、蛾的反雷达技术四、动物的天然导航控制仿生蛇田鼠热血动物身体向外散热蛇通过感受器探测到热源蛇的红外探测控制仿生颊窝颊窝是一个红外感受器，对周围温度变化极为敏感，能感受0.001℃的温度变化。这类蛇能在夜间准确判断周围恒温动物的位置。蛇的红外探测控制仿生飞行中的蝙蝠超声波声音反射波蛾蝙蝠的捕食蝙蝠与超声波控制仿生蝙蝠的回声定位超声信号被反射蝙蝠与超声波控制仿生夜蛾的反雷达技术反雷达技术使夜蛾死里逃生控制仿生夜蛾的反雷达技术听觉系统控制仿生鼓膜器振动器夜蛾腹部与胸之间的凹处有一个特殊的鼓膜器，专门收听蝙蝠的超声波雷达，这个“顺风耳”只有二个细胞、三根神经纤维，可收听30米外的危险信号。当敌情来自左方，蝙蝠所发的超声波到达夜蛾中央神经系统的信号左边要比右边早千分之一秒，强度也较强。夜蛾马上准备逃跑并且以特殊的翅膀来减少对蝙蝠所发声波的反射。万一防备不周，蝙蝠已近在咫尺，它有应急措施：翻斤斗兜圈子，收起翅膀跌在地上，总之使蝙蝠无法确定自己的位置。蝙蝠在夜蛾身上往往是“心有余而力不足”。千里迁徙万里洄游动物的天然导航控制仿生动物的天然导航一些动物利用日月星辰导航，也有些动物利用海流、海水成分、地磁场、重力场等进行导航，为研制通讯设备和新型导航仪器提供启迪。控制仿生定义：生物界中普遍存在着拟态，现将拟态用于工程技术中去就叫拟态仿生。拟态仿生拟态仿生动物的拟态与保护色拟态仿生拟态仿生坦克的迷彩着装拟态仿生三色迷彩的德国“豹”I坦克在电视成像下的效果拟态仿生坦克的迷彩着装拟态仿生一、生物与造船二、生物与飞机三、生物与建筑力学仿生生物与造船模仿鳕鱼、鲇鱼外形建造的“复仇号”帆船体形的模仿力学仿生生物与造船体形的模仿力学仿生生物与造船体形的模仿俄罗斯海军新型核潜艇力学仿生

生物与造船模仿鲸的胸鳍给船装上了船鳍结构的模仿力学仿生生物与造船结构的模仿模仿鱼和鲸体表粘液合成了几种人工粘液，以减小湍流。力学仿生生物与造船结构的模仿潜水艇在航行时会造成巨大的湍流海豚游泳时身边的水流很小力学仿生鹰击长空啸傲云天生物与飞机力学仿生生物与飞机达芬奇设计的扑翼飞机飞鸟与飞机力学仿生生物与飞机飞鸟与飞机力学仿生飞鸟的体形和翅膀在滑进飞行时与飞机的飞行极为相似生物与飞机昆虫与飞机昆虫翅膀的运动力学仿生昆虫飞行时翅膀的运动很复杂，其角度的变化控制比目前的飞行自动驾驶仪还好。生物与飞机昆虫与飞机飞机仿造蜻蜓的翅膀配重防止振颤力学仿生薄壳结构艺术珍品—澳大利亚悉尼歌剧院生物与建筑力学仿生东京中银舱体楼生物与建筑舱体结构力学仿生生物与建筑圆顶屋

美国佛罗里达的未来世界博物馆力学仿生一、人工嗅觉二、仿生物膜化学仿生狗的嗅觉过程狗的嗅觉

狗的鼻子里的雾受一种蛋白质的控制，将气味分子浓缩后传送给鼻子里的气味感受器上的气味辨别蛋白，当气味辨别蛋白将不同的气味辨别后，被辨别出的特定的气味信号，立即被嗅觉细胞传递给大脑，大脑便知道了所闻到的是一种什么气味。人工嗅觉化学仿生人工嗅觉嗅敏检测仪采集系统嗅敏元件放大系统报警系统报警系统电源嗅敏电阻是一类以SnO2为主体的金属半导体，它是一种表面效应很强的材料。化学仿生细胞膜的结构特点仿生物膜蛋白分子磷脂分子镶嵌蛋白跨膜蛋白(形成通道)跨膜蛋白细胞膜的流动镶嵌模型：(1)脂双层形成框架；(2)蛋白质镶嵌其中；(3)具有动态特点。化学仿生仿生物膜人工膜人工膜的特点

化学组成和厚度与天然膜相似：能有效地分开两种不同的水相；具有结构和化学两侧不对称性，易于操作，能用来研究膜的向量功能（如传递等）。比如：在医疗中，将薄膜做成胶囊状，把消炎剂放人里面，然后将胶囊埋入发炎部位，胶囊可依据患处发炎而引起的温度变化，及时释放出药剂，达到预期的治疗目的和治疗效果。在食品工业方面，利用人工膜可研制出“辨味机器人”的味觉感知器，并可改进或制造所需的各种食品成分，又如用薄膜技术可浓缩葡萄汁，提高匍葡酒的味质；可制造低盐分酱油，纯化果汁，给食品着色等。化学仿生自动化机器自动化机器人从月球土壤中提取气体智能机器人整体仿生智能机器人自然语言\语音\图形\图像信息知识库管理软件求解问题推理软件智能接口软件内核软件（智能操作系统、

编译系统等）

并行处理体系结构知识库硬件推理机硬件智能接口硬件智能计算机组成人机接口软件硬件整体仿生智能机器人生物计算机生物计算机的特点：

能制成超高密度的线路。能使生物本身固有的自我修复机能得到发挥，即使芯片中出了故障本身也能修复，从而使它成为一种具有永久性的不出故障元件。只要用少量的能量就能工作，不存在发热问题。整体仿生课程到此全部结束！期末考试说明开卷！（卷面分85）考试日期和地点：

12月20号，周五晚上7:00

SY109请提前10-20分钟来教室，要签到。允许带的资料：

电脑（但是不允许上网）

打印的课件

书籍考试题型

简答题（5）

论述题（1）

科学过程题（1）

生物学与社会题（1）

课程讨论题（1）谢谢大家的参与！

关于生物问题欢迎和我交流讨论！第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不